Các mẫu đá từ sứ mệnh Apollo hé lộ bí ẩn hình thành Mặt Trăng

*:not(:last-child)]:dt-mb-6">

Hơn nửa thế kỷ sau khi sứ mệnh Apollo 17 rời Mặt Trăng, các nhà khoa học vẫn chưa thể giải đáp hoàn toàn câu hỏi thiên thể này được hình thành vào thời điểm nào và theo cơ chế ra sao.

Các nhà khoa học hiện đồng thuận rằng Mặt Trăng nhiều khả năng hình thành sau vụ va chạm khổng lồ giữa Trái Đất sơ khai và một thiên thể mang tên Theia cách đây khoảng 4.51 tỷ năm.

Tuy nhiên, kích thước của Theia vẫn còn là chủ đề gây tranh cãi, với các ước tính dao động từ một thiên thể cỡ Sao Thủy đến một vật thể có kích thước bằng khoảng một nửa Trái Đất hiện nay.

Các nghiên cứu mới nhất cho thấy, một thiên thể va chạm lớn có thể là lời giải hợp lý nhất cho sự tương đồng đáng kinh ngạc về thành phần hóa học giữa các mẫu đá Mặt Trăng do các sứ mệnh Apollo mang về và các loại đá bazan núi lửa giàu olivin trên Trái Đất.

"Vụ va chạm khổng lồ này đã tác động sâu sắc tới Trái Đất, gần như định hình lại toàn bộ lịch sử phát triển của hành tinh xanh", Wim van Westrenen, nhà khoa học Mặt Trăng và hành tinh tại Vrije Universiteit Amsterdam, cho biết trong một cuộc phỏng vấn gần đây.

Theo các nhà khoa học, sau vụ va chạm khổng lồ, Mặt Trăng sơ khai có thể chỉ là một khối magma nóng chảy phát sáng với nhiệt độ lên tới hàng nghìn độ C.

"Nó thậm chí chưa phải là đá theo đúng nghĩa, mà cần thời gian nguội đi để các khoáng vật bắt đầu hình thành, cũng là những vật liệu mà chúng tôi dùng để xác định niên đại", van Westrenen cho biết.

Mặt Trăng từng là "biển magma" khổng lồ?

Dù còn nhiều tranh cãi, các mẫu đá do chương trình Apollo mang về vẫn đang cung cấp thêm nhiều dữ liệu quan trọng về lịch sử hình thành của Mặt Trăng.

Mẫu đá Genesis, tảng đá khoảng 4.46 tỷ năm tuổi được các phi hành gia của Apollo 15 thu thập năm 1971 là một trong những mẫu vật nổi tiếng nhất của chương trình Apollo.

Mẫu đá này gần như được cấu tạo hoàn toàn từ plagioclase, một loại khoáng vật màu trắng có xu hướng nổi lên trên lớp magma nóng chảy nhờ khối lượng riêng thấp.

"Để hình thành lượng lớn vật chất màu trắng như vậy cần một đại dương magma khổng lồ, và các khoáng vật nhẹ phải nổi dần lên bề mặt, nơi chúng ta quan sát thấy ngày nay", van Westrenen cho biết.

Theo ông, đây là lời giải thích hợp lý nhất cho sự hình thành của các tảng đá trắng như Genesis.

Màu trắng có thể quan sát trên bề mặt Mặt Trăng chủ yếu đến từ sự phản xạ ánh sáng của các tinh thể plagioclase.

Van Westrenen cho rằng, việc cả bề mặt Mặt Trăng chứa lượng lớn plagioclase cho thấy chúng ta có thể đang nhìn vào lớp trên cùng của một đại dương magma cổ đại khổng lồ.

Phòng thí nghiệm của van Westrenen chuyên tái tạo môi trường áp suất và nhiệt độ cực cao nhằm mô phỏng điều kiện bên trong Mặt Trăng, từ đó nghiên cứu quá trình tiến hóa địa chất của thiên thể này.

"Nhóm nghiên cứu của chúng tôi là những người đầu tiên thực hiện đầy đủ các thí nghiệm về quá trình đại dương magma sâu bên trong Mặt Trăng đông đặc và cách các khoáng vật hình thành theo từng giai đoạn", ông cho biết.

Theo giả thuyết của nhóm nghiên cứu, toàn bộ Mặt Trăng từng ở trạng thái nóng chảy, với lớp magma sâu khoảng 1.700km kéo dài tới tận lõi.

Mặt Trăng có thể được tạo thành từ vật chất của Trái Đất

Trong phòng thí nghiệm, van Westrenen và các cộng sự sử dụng phương pháp gia nhiệt điện trở, cho dòng điện chạy qua than chì để nung nóng một lượng vật liệu cực nhỏ lên hơn 1.700 độ C, nhiệt độ cao gấp khoảng 5 lần lò nướng thông thường.

Hệ thống này cũng có thể tạo ra áp suất tương đương khoảng 250.000 lần áp suất khí quyển trên Trái Đất.

Trong khi đó, áp suất cực đại bên trong Mặt Trăng được ước tính vào khoảng 50.000 lần áp suất khí quyển Trái Đất. Điều này cho phép các nhà khoa học mô phỏng gần như toàn bộ điều kiện sâu bên trong Mặt Trăng ngay trong phòng thí nghiệm.

Dù vậy, một trong những trở ngại lớn nhất trong việc giải thích sự hình thành của hệ Trái Đất - Mặt Trăng là các mô phỏng thủy động lực học hiện nay tuy tái hiện khá tốt đặc điểm vật lý của hệ này, nhưng lại chưa khớp với thành phần hóa học thực tế.

"Tất cả các mô hình cổ điển đều dự đoán rằng Mặt Trăng phải có thành phần hóa học rất khác với những gì chúng ta quan sát được", van Westrenen nói.

Theo ông, các mẫu đá Mặt Trăng lại giống đá trên Trái Đất nhiều hơn đáng kể so với dự đoán của các mô hình hiện nay.

Thiên thể bí ẩn nào từng đâm vào Trái Đất để tạo ra Mặt Trăng?

Theo giả thuyết phổ biến hiện nay, khi Trái Đất gần như đã hình thành hoàn chỉnh, một thiên thể có kích thước tương đương Sao Thủy đã lao vào hành tinh của chúng ta với tốc độ cực lớn. Vụ va chạm này tạo ra lượng vật chất khổng lồ bay vào không gian và dần kết tụ thành Mặt Trăng.

Một giả thuyết khác cho rằng vào thời điểm đó, Trái Đất mới chỉ hình thành khoảng một nửa kích thước hiện nay.

"Khi đó cần thêm một thiên thể có kích thước tương đương ‘một nửa Trái Đất hiện nay’ va chạm để hoàn thiện hành tinh của chúng ta", van Westrenen cho biết.

Theo kịch bản này, Mặt Trăng được hình thành từ phần vật chất còn sót lại sau va chạm giữa Theia và Trái Đất sơ khai, sau đó tập hợp lại trên quỹ đạo quanh hành tinh.

Sau vụ va chạm, vật chất silicat nhẹ hơn được cho là tạo thành Mặt Trăng, trong khi phần vật chất nặng hơn chìm xuống để hình thành lõi giàu sắt của Trái Đất.

"Tuy nhiên, các mô hình cổ điển tồn tại suốt khoảng 25 năm qua lại cho rằng phần lớn vật chất silicat của Mặt Trăng có nguồn gốc từ Theia, chứ không phải từ Trái Đất", ông nói.

Điều này dẫn tới một câu hỏi lớn: Vì sao Mặt Trăng lại có thành phần hóa học tương đồng với Trái Đất đến vậy?

Theo van Westrenen, Theia va vào Trái Đất theo kiểu "sượt qua", trong đó một phần vật thể lao vào hành tinh, còn phần còn lại tiếp tục di chuyển rồi bị giữ lại trên quỹ đạo để hình thành Mặt Trăng.

Tuy nhiên, nếu kịch bản này chính xác, Mặt Trăng đáng lẽ phải chứa phần lớn vật chất từ Theia. Trong khi đó, các nghiên cứu địa chất lại cho thấy thành phần hóa học của Mặt Trăng rất giống Trái Đất.

Điều này được xem là khá khó hiểu, bởi Theia nhiều khả năng hình thành ở khu vực khác của Hệ Mặt Trời và lẽ ra phải có thành phần hóa học khác biệt.

Theo www.sciencealert.com